第三十七章  卢瑟福与玻尔

卢瑟福（E·L·Rutherford，1871—1937）生于新西兰，那儿对于英国新教徒来说是一块新的定居地。卢瑟福习惯了荒野丛林中的生活，上学空闲的时候，他还要在父亲的亚麻厂里帮助做工。

当赫兹发现电磁波时，卢瑟福正在大学里读书，他仿造了一台赫兹的设备，并且有了新的发现，因而得到了一项奖金到剑桥去深造。于是，1895年他来到汤姆逊领导的开文迪什实验室。

荒野中的童年生活使卢瑟福有着强韧的性格与进取精神，靠了这种精神与他的智慧，卢瑟福取得了超越汤姆逊的成就。虽然，在刚到来的时候，对恋人的情感与渴望使他产生想要将自己的才能投入具有商业前景的研究之中去的想法，幸而汤姆逊看到了卢瑟福的才能，将他的雄心引向了科学^①。

在开文迪什，卢瑟福对放射性进行研究，他发现了α 辐射与β 辐射。后来，卢瑟福来到加拿大蒙特利尔，成为麦吉尔大学的教授，一位烟草商人出资设立了一个物理实验室与几个教授席位。在这里，卢瑟福继续进行α 粒子的研究。1907年，卢瑟福带着家人回到英国，在曼彻斯特任物理教授。

1908年，卢瑟福证明α 辐射流中的粒子是氦原子核；他又进行的更深入研究，安排他的学生用α 粒子流射击金、银、铝、铂等金属薄片；实验结果表明，原子的质量集中在中心很小的一个核上。

汤姆逊的葡萄干布丁撤下了席面，新的卢瑟福的原子的图像出现了：微小质量的电子围绕着中心一个很小却很重的原子核高速转动。这是实测结果表明的一幅图像，麻烦是经典的牛顿力学不能够解释它的稳定性。

这时，玻尔^②出现了。

1911年，26岁的玻尔来到了剑桥，也许是汤姆逊已经离开了物理学上最前沿的研究，这令玻尔在他身边感到满身的力量无处可使。恰好，这时卢瑟福来到剑桥访问，玻尔得以与之相识。于是，第二年玻尔来到了曼彻斯特，追随卢瑟福。卢瑟福是站在科学前沿的良师，他对年轻人能力有清晰的辨识能力。在他的实验室里，一共培养出了11位诺贝尔奖获得者。

卢瑟福的理解、包容与随和，师徒之间年龄上较小的差距，科学上前沿的工作，令玻尔如鱼得水。

玻尔了解普朗克和爱因斯坦在量子理论方面的工作，在他们智慧力量的驱使下，原来像一条鞭子一样连续的能量变身成为一粒粒的子弹。玻尔将量子原理引进了原子之内，他将电子运动轨迹上能量的变化道路由斜坡改造成为台阶，避免了电子由斜坡滚落下去而造成原子崩溃的危险。玻尔不但让原子稳定下来，对α粒子与β粒子^③与原子核关系的理解，也让他更清楚地看出了原子的真面目。

玻尔画出了一幅新的原子图像，这是1913年发生的事。

在玻尔的新原子图像上，显露出了元素在周期表上位置的新意义：原子核带有的正电荷数决定了元素的位置。然而，关于原子的新图像，这还不是全部。直到1932年，英国人查德维克（J·Chadwick，1891—1974）发现了中子，这个混合了经典与量子概念的原子模型才完整了。

原子由外部的电子以及中心的原子核组成，而原子核由质子与中子组成；电子带负电荷，质子带正电荷，中子为电中性。如果电子数等于质子数，这是一个中性原子，如果原子失去了一个电子，便成为正离子，如果得到一个额外的电子，便成为负离子。

元素周期表的意义现在完全清楚了。

原子核中的质子数，也是它的正电荷数，决定了元素在表中的位置，被称为原子的原子序数。氢的原子序数为1，有一个质子的原子核，核外有一个电子。

由汤姆逊到卢瑟福，再由卢瑟福到玻尔，是一条原子的概念之流。西欧的各国并立，以及海外新的西方文化领地的建立成为新思想的众多源泉，使发源于西方的现代科学能够因这众多的源泉而成为不绝之流。

①《原子弹出世记》L·罗兹著，李汇川等译，世界知识出版社，1990年12月第一版。

② Niels Henrik David Bohr，1885—1962，丹麦人。

③ α粒子是氦核，由两个质子与两个中子组成；β粒子是电子，当原子核内的中子发生衰变时，放出一个电子，成为质子。